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Referat

Diese Arbeit ist noch nicht fertig. Abgabetermin ist im Dezember 2014. Der vollständige Text der Arbeit und Materialien zum Thema kann man vom Autor oder seinem Manager nach diesem Zeitpunkt erhalten werden.

Inhaltsverzeichnis

Einführung

Derzeit sind die Methoden für parallele und verteilte Programmierung weit verwendet, um verschiedene Probleme zu lösen. Somit besteht ein Software-Bedarf, die korrekt und effizient auf eine oder mehrere Computer gearbeitet würde. Dieser Ansatz ermöglicht die Verwendung von Software- und Hardware-Ressourcen der entfernten Computersystemen, die fehlertolerant sind.

Aufgrund der weiten Verbreitung der Computertechnologie hat sich in der Richtung der numerischen Simulation entwickelt. Numerische Modellierung ist ein Zwischenglied zwischen den analytischen Methoden zur Untersuchung und physikalische Experimente.

Mit der Hilfe von numerischen Modellen und Cluster-Systeme können die Kosten für den Prozess der wissenschaftlichen und technologischen Ergebnisse deutlich reduzieren. Cluster-Systeme sind in den letzten Jahren in der ganzen Welt als kostengünstige Alternative zu Supercomputern weit verbreitet. Erforderliche Systemleistung zusammengebaut aus bereit, im Handel erhältlichen Computer miteinander, wieder mit einem handelsüblichen Kommunikationsgeräte. Auf der einen Seite, erhöht die Verfügbarkeit der Supercomputing- Technologie und zum anderen erhöht die Dringlichkeit ihrer Entwicklung, wie für alle Arten von Multiprozessor-Systemen die Verwendung von speziellen Programmiertechniken zu programmieren, um alle Vorteile der High-Performance-Computing-Ressourcen-System nehmen erfordern [1].

Beherrschende Stellung in der Entwicklung paralleler Programme für parallele Systeme nimmt MPI-Standard (eng. Message Passing Interface). Programm, das in der Nachrichtenübergabemodell entwickelt wurde, kann sich durch informationen Graph darstellen. Ecken entsprechen den parallelen Knoten des Programms und den Kanten entsprechen der Kommunikationsverbindung zwischen den Knoten [2].

1. Ziel und Aufgaben der Arbeit

Ziel der Arbeit ist es, einen parallelen MIMD-Simulator für DNO mit verteilten Parametern zu entwickeln.

Aus der Zielsetzung ergeben sich folgende Aufgaben:

2. Überprüfung bestehender Entwicklungen

In der Welt: Deutschland (М. Resch, M. Zeitz — Stuttgart Universität) [3,4], USA, Großbritanien, China.

In Kiew, Ukraine: Tomaschewskij V. N., Zhdanova E. G., Zholdakov A. A.

An unserer Universität:

3. Verteilte parallele Simulationsumgebung (VPSU)

VPSU ist ein Teil der verteilten ZRS. Jeder Knoten der ZRS ist ein Prozessor mit lokalem oder/und gemeinsamem Speicher. Der Knotenausfall führt nicht zum Ausfall des Netzes, solche Systeme sind deshalb fehlertolerant. VPSU unterstützt alle Komponenten der parallelen Programmierung. VPSU ist in Abbildung 1 dargestellt.

Рисунок 1 – Структурная организация параллельной моделирующей среды [1]

Abbildung 1 — Struktur der VPSU [6]

4. Topologische Analyse DNO mit verteilten Parametern

DNO sind: mit verteilten Parametern (DNOVP) und konzentrierten Parametern (DNOKP). DNOVP kann eine hydraulische, elektrische oder Luftnetzwerk sein. Topologie des dynamischen Objekts wird als Graph G(u,v) dargestellt mit der Menge von Knoten u=n und Kanten v=m. Ströme oder Drücke charakterisieren aerodynamische Prozesse und diese Prozesse kann durch Gleichungssystem ausdrücken. Als Beispiel zeigt in Abbildung 2 eine Netzwerktopologie für dynamisches Objekt des Luftnetzwerks.

Рисунок 2 – Топология СДОРП

wo Bj — Knoten, Qj — Luftströmung, H(Q1) — Ventilator
Abbildung 2 — DNOVP-Topologie

Diskretes Simulationsmodell (DSM) für eine Kante des Objekts ist das Gleichungssystem, die Ergebnis der Anwendung eines numerischen Verfahrens zur Lösung des Gleichungssystems ist. Simulator ist eine Software-Hardware-Implementierung von DSM. Für j-Kante (Abbildung 3) kann man DSM (Formel 1) machen.

Рисунок 3 – Граф СДОРП в линейном виде

Abbildung 3 — DNOVP-Graph in der linearen Form

Formel,  (1)
wo Formel

Minimalkörniger MIMD-Prozess für dynamische Systeme ist ein Prozess, der für die Lösung des Cauchy-Problem in Bezug auf eine gesuchte Variable verantwortlich ist.

Formel  (2)

Parallelisierung der rechten Seite des Vektors X der Cauchy-Problem ist unpraktisch aufgrund der erhöhten Volumen des Austausches. Virtuelles paralleles DSM ist eine Sammlung von minimalkörnigen MIMD-Prozessen. Das Problem ist, 1:1 die minimalkörnige Prozesse auf dem ZRS zu darstellen.

5. Parallelitätsebene

Paralleles Modell kann man in 4 Ebenen gliedern, die in Abbildung 4 dargestellt sind.

Рисунок 4 – Уровни распараллеливания

Abbildung 4 — Parallelitätsebene

3. Ebene: 1 Kante — 1 Prozess

Es gibt 2 Arten von der 3. Parallelitätsebene [3]:

  1. Lastbalansierung
  2. Berechnungen-Umtausch-Operationen-Verhältnis
  3. Virtuelle Beschleunigung mit Wechseloperationen
  4. Kommunikationsschema zwischen den Prozessen
  5. Menge von Q- und P-Prozessen

Referenzen

  1. Букатов А. А., Дацюк В. Н., Жегуло А. И. Программирование многопроцессорных вычислительных систем. — Ростов-на-Дону: ООО «ЦВВР», 2003. — 208 с.
  2. Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах — Материалы Седьмой Международной конференции-семинара, Нижний Новгород, 26–30 ноября 2007 г.
  3. Forschungsgebiet: parallele Simulationstechnik [Электронный ресурс] / L. P. Feldmann, V.A. Svjatnyj, M. Resch, M. Zeitz — Режим доступа: http://www.nbuv.gov.ua/, вільний
  4. Svjatnyj V.A., Nadeev D.V., Solonin O.M., Rothermel K., Zeitz M.: Subsysteme einer verteilten parallelen Simulationsumgebung fur dynamische Systeme. 16. Symposium ASIM 2002, Tagungsband, 2002.
  5. Святний B.A., Молдованова O.B., Перерва А.О. Проблемно-орієнтоване паралельне моделююче середовище для динамічних мережних об'єктів. Наукові праці ДонНТУ, серiя «Проблеми моделювання та автоматизації проектування» (МАП-2001). Випуск: 29 – Донецьк: ДонНТУ. – 2001.
  6. Святний В.А. Проблеми паралельного моделювання складних динамічних систем. Наукові праці ДонДТУ, Серія «ІКОТ», вип. 6, 1999.
  7. Хьюз Т., Хьюз К. Параллельное и распределенное программирование на С++. : Пер. с англ. – М. : Издательский дом «Вильямс», 2004 – 672с.